隧道岩爆特征与处理措施
隧道岩爆工程地质特征分析与防治措施研究

重庆陆家岭隧道岩爆工程地质特征分析与防治措施研究摘要:根据在重庆陆家岭隧道施工中发生的岩爆,通过现场地质观测资料,具体地分析了其形成的规模、位置、诱发因素以及地质条件,从地质工程的角度,对岩爆发生地段隧道的岩石组成、地质构造、地应力特征以及地下水情况进行了探讨,发现在陆家岭隧道施工中发生岩爆的岩石具有岩体结构面发育适中、弹性模量大、P波波速高、地质构造简单、现代水平构造应力强且主压应力轴σ1大角度相交于隧道中轴线和地下水不发育的特征,并在此基础上,提出了掌子面喷水、布设释放地应力锚杆、减少隧道壁聚能结构等有效的岩爆防治措施。
关键词:隧道工程;岩爆;工程地质特征;防治措施;陆家岭隧道引言岩爆是在高地应力条件下进行隧道施工的过程中,围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异,岩体内部原先储存的弹性应变能突发性地急剧释放出来,使隧道围岩产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷的一种动力失稳的地质现象,是一种高地应力区常见的工程地质灾害,对于隧道施工的人员和设备均造成了直接威胁。
因此,详细研究发生在陆家岭隧道施工中的岩爆,总结其发生发展的规律并提出相应的防治措施,对于保证隧道施工的安全,进一步探索岩爆地区工作方法都有一定的理论参考价值[1~5]。
2陆家岭隧道岩爆发生的工程地质特征陆家岭隧道位于重庆东南部地区,是重庆—宜昌高速公路西段重要工程,起止桩号:ZK113+485~ZK119+865,中心桩号ZK116+175,全长6 380 m,隧道进口标高1 063.63 m,出口标高1 020.12 m,成洞洞径15 m,隧道埋深120~600 m。
施工地区为中低山和丘陵地区,最大海拔1 876 m,地形自然坡度35°~65°,局部山体陡峭,植被发育。
隧道围岩主要是上侏罗统熔结凝灰岩,岩石致密坚硬,完整性好,呈块状镶嵌~大块砌体结构,局部有少量结构面或贯通性微张节理,风化程度低,地下水贫乏,不发育。
自2003年11月开始施工以来,先后在隧道7个区段的拱顶和边墙发生了93次岩爆,具体发生岩爆位置及次数见图1。
岩爆的预防及处理

仅供参考[整理] 安全管理文书岩爆的预防及处理日期:__________________单位:__________________第1 页共7 页岩爆的预防及处理(1)岩爆产生条件①近代构造活动山体内地应力较高,岩体内储存着很大的应变能;②围岩新鲜完整,裂隙极少或仅有隐裂隙,属坚硬脆性介质,能够储存能量,而其变形特性属于脆性破坏类型,应力解除后,回弹变形很小;③具有足够的上覆岩体厚度,一般均远离沟谷切割的卸荷裂隙带,埋藏深度多大于200m;④无地下水,岩体干燥;⑤开挖断面形状不规则,造成局部应力集中。
⑥在溶孔较多的岩层里,则一般不会发生岩爆。
(2)岩爆的特点隧洞内的岩爆一般具有以下特点:①在未发生前,并无明显的征兆,虽经过仔细寻找,并无空响声,一般认为不会掉落石块的地方,也会突然发生岩石爆裂声响,石块有时应声而下,有时暂不坠下。
②岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近,个别的也有距新开挖工作面较远,常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多;岩爆在开挖后陆续出现,多在爆破后的2~3小时,24小时内最为明显,延续时间一般1~2个月,有的延长1年以上,事前一般无明显预兆。
③岩爆时围岩破坏的规模,小者几厘米厚,大者可多达几十吨重。
石块由母岩弹出,小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落,脱落面多与岩壁平行。
④岩爆围岩的破坏过程,一般新鲜坚硬岩体均先产生声响,伴随片第 2 页共 7 页状剥落的裂隙出现,裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出,属于表部岩爆;在强度较低的岩体,则在离隧洞掌子面以里一定距离产生,造成向洞内临空面冲击力量最大,这种岩爆属于深部冲击型。
(3)岩爆的现场预测预报①地形地貌分析法及地质分析法认真查看其地形地貌,对该区的地形情况有一个总体的认识,在高山峡谷地区,谷地为应力高度集中区,另外根据地质报告资料初步确定辅助洞施工期间可能遇到的地应力集中和地应力偏大的地段。
依据地质理论,在地壳运动的活动区有较高的地应力,在地区上升剧烈,河谷深切,剥蚀作用很强的地区,自重应力也较大。
岩爆常识与分级标准

一般岩爆的预防及处理(1)岩爆产生条件①近代构造活动山体内地应力较高,岩体内储存着很大的应变能;②围岩新鲜完整,裂隙极少或仅有隐裂隙,属坚硬脆性介质,能够储存能量,而其变形特性属于脆性破坏类型,应力解除后,回弹变形很小;③具有足够的上覆岩体厚度,一般均远离沟谷切割的卸荷裂隙带,埋藏深度多大于200m;④无地下水,岩体干燥;⑤开挖断面形状不规则,造成局部应力集中。
⑥在溶孔较多的岩层里,则一般不会发生岩爆。
(2)岩爆的特点隧洞内的岩爆一般具有以下特点:①在未发生前,并无明显的征兆,虽经过仔细寻找,并无空响声,一般认为不会掉落石块的地方,也会突然发生岩石爆裂声响,石块有时应声而下,有时暂不坠下。
②岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近,个别的也有距新开挖工作面较远,常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多;岩爆在开挖后陆续出现,多在爆破后的2~3小时,24小时内最为明显,延续时间一般1~2个月,有的延长1年以上,事前一般无明显预兆。
③岩爆时围岩破坏的规模,小者几厘米厚,大者可多达几十吨重。
石块由母岩弹出,小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落,脱落面多与岩壁平行。
④岩爆围岩的破坏过程,一般新鲜坚硬岩体均先产生声响,伴随片状剥落的裂隙出现,裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出,属于表部岩爆;在强度较低的岩体,则在离隧洞掌子面以里一定距离产生,造成向洞内临空面冲击力量最大,这种岩爆属于深部冲击型。
(3)岩爆的现场预测预报①地形地貌分析法及地质分析法认真查看其地形地貌,对该区的地形情况有一个总体的认识,在高山峡谷地区,谷地为应力高度集中区,另外根据地质报告资料初步确定辅助洞施工期间可能遇到的地应力集中和地应力偏大的地段。
依据地质理论,在地壳运动的活动区有较高的地应力,在地区上升剧烈,河谷深切,剥蚀作用很强的地区,自重应力也较大。
②AE法(声发射法)AE法主要利用岩石临近破坏前有声发射现象这一结果,通过声波探测器对岩石内部的情况进行检测,该方法的基本参量是能率E和大事件数频度N,它们在一定程度上反映出岩体内部的破裂程度和应力增长速度。
隧道岩爆区施工方案

隧道岩爆区施工方案一、前言隧道施工中遇到岩爆是一种常见现象,给工程建设带来一定的影响。
岩爆区施工方案的制定和执行对于保障施工安全和工程质量具有重要意义。
本文将探讨隧道岩爆区的施工方案。
二、岩爆区分析岩爆是指由岩石中的应力引起的破裂和碎裂现象,通常发生在地下岩石较硬和应力较大的区域。
岩爆会导致岩石飞形状成碎片,给隧道施工带来极大的危害。
三、施工方案制定3.1 前期调查在隧道岩爆区施工之前,需要进行充分的前期调查,包括地质勘探、岩石力学性质等方面的调查,以了解岩层的情况,为后续施工提供参考。
3.2 防护措施针对岩爆区域,需要采取有效的防护措施,包括加固措施、隔离带设置等,以减少岩爆造成的危害。
同时,要做好现场监测,一旦发生岩爆,能及时采取应急措施。
四、施工实践4.1 钻孔爆破在岩爆区施工过程中,常常采用钻孔爆破的方式来处理较硬的岩石。
在进行钻孔爆破前,需要根据不同岩石的特性设计合适的爆破方案,以确保爆破效果。
4.2 工艺改进在施工过程中,可以通过工艺改进来减少对岩石的损伤,减少岩爆的发生。
比如,采用先进的爆破技术、控制爆破参数等。
五、总结与展望隧道岩爆区施工方案的制定和实施是一个复杂的工程问题,需要综合考虑地质、力学等多方面因素。
通过合理的防护措施和施工工艺,可以减少岩爆造成的危害,保障施工安全和工程质量。
未来,随着科技的发展,相信在这方面会有更多的创新和突破。
希望通过本文对隧道岩爆区施工方案的讨论能够引起更多从业者的关注和思考,共同努力提升施工质量,保障工程安全。
以上是本文的全部内容,谢谢阅读!。
关于岩爆判别准则及防治措施

安革连~琶布铁路隧道岩爆判别准则及处理措施安革连~琶布铁路隧道主隧道全长19200m,主隧道最大埋深约1260m,施工斜井总长6880m,斜井最大埋深约946m。
隧道穿越主要岩层为石英斑岩、花岗斑岩、花岗正长岩等,岩石质地坚硬,隧道开挖存在岩爆可能。
实际施工中2号斜井已发生岩爆现象,对现场施工造成一定的影响,为减小岩爆对施工及安全的影响,初步制定岩爆地段的指导性判别准则及处理措施,供项目部参考。
一、可能发生岩爆的区段及工程地质特征根据《工程地质勘察报告》,主隧道及斜井可能发生岩爆的区段及工程地质性质见表1.表1 可能发生岩爆区段及工程地质特征表中可能发生岩爆的里程范围仅为勘察阶段理论推测,实际发生岩爆的里程范围会有所不同。
二、岩爆发生的判据岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏,并伴随着岩体中应变能的突然释放,是一种岩石破裂过程失稳现象。
岩爆的发生与岩石强度、地应力、岩体的完整性、开挖方法有关,归纳起来,岩爆发生的基本条件如下:(1)岩石单轴抗压强度:σc>80MPa(至少>60MPa)(2)岩质和岩性:坚硬、脆性(3)岩体结构:完整或基本完整(4)地应力值最大地应力可取围岩自重应力场中的垂直分量σmax=γ·H式中:γ——围岩容重H——埋深σmax>0.25σc;严重岩爆σmax=0.15~0.25σc;中等岩爆σmax<0.15σc;轻微或不发生(5)开挖轮廓。
钻爆法施工应采用光面爆破,提高光爆效果,钻爆法在开挖轮廓上造成的超欠挖会造成应力局部集中,进而引发岩爆。
三、岩爆烈度划分标准为便于岩爆地段的处理,根据岩爆发生的强度及烈度,将岩爆划分为无岩爆、轻微岩爆、中等岩爆、强烈岩爆。
根据国内秦岭隧道的岩爆预报、防治技术研究成果,岩爆划分标准见表2,本划分标准仅供参考,在本隧道施工过程中,根据实际发生的岩爆特征进行修正。
表2 岩爆烈度划分标准四、岩爆地段防治、支护措施(1)防治措施①超前钻孔、灌注高压水。
浅谈对某公路隧道岩爆地质灾害的预防和处理

第 一 个 岩 爆 高 峰 区 段 集 中 在 掌 子 面 围岩 开 挖 后 2 4小 时 内 .在 该 时 段 内 共 发 生 5 1次 岩 爆 . 占 所 发 生 岩 爆 总 数 的 5. . 58 主要 发 生在 距 离 掌子 面 6 1 m 的 隧 道 拱 角 及 拱 顶 处 % m~ 5 的应 力 集 中区 . 类 岩 爆 属 于 速 爆 型 岩 爆 . 于 隧 道 施 工 人 员 这 对 和 设 备 威胁 巨大 第 二 个 岩 爆 高 峰 区 段 集 中 在 掌 子 面 围 岩 开 挖 后 1 ~ 4天 62
由于 岩 爆 是 隧 道 尉 岩 集 聚 能 量 、 力 重 新 分 布 后 的 产 物 . 结 构 面发 育 适 中 的 岩体 .才 能 在 岩 体 中 聚 集 大 于 岩 爆 所 需 的 应 满 形 虽 因此 岩 爆 发 生 的频 数 与 隧 道 同岩 开 挖 暴 露 的 时 间 长 短 关 系 密 能 量 . 足 岩 爆 发 生 时 的 能 量 条 件 , 成 岩 爆 。结 构 面 太 少 , 可聚集 足够 的能量 , 岩爆所 需的能量 更大 , 易形 成岩爆 ; 但 不 切 该 公 路 隧 道 岩 爆 发 生 的 高 峰 期 主要 集 中在 两 个 时 间 区 段
◇交通与路建◇
科 技 强向导
21 年第 0 期 0பைடு நூலகம் 2
浅谈对 某公路隧 道岩爆 地质灾害的预防和处理
曾远 昌
f 赣州 市公 路管 理局 寻乌 分局 江 西
寻乌
32 0 4 2 0)
这 类 岩 爆 对 于 隧 道 施 工 人 员 和 设 备 威胁 巨 大 。 1某 公 路 隧 道 岩 爆 发 生 的 工 程 地 质 特 征 . 缓 爆 型 岩 爆 则 主 要 发 生 在 掌 子 面 开 挖 后 1 ~ 4天 内 , 62 占 某 公 路 隧 道 埋 深 在 1 0 ~ 0 m 不 等 施 工 地 区 为 中低 山 2m 60 5 一 和 丘 陵 地 区 . 大海 拔 1 7 最 0 6米 , 形 自然 坡 度 4 。 6 。 局 部 岩爆 总数 的 2 % 无 岩 爆 响声 或 仅 有 微 弱 的 响 声 , 般 不 易 察 地 5~ O , 觉 发 生 这 类岩 爆 的岩 体 . 面 完 整 , 明 显 的 迹 象 , 多 数 是 表 无 大 山体 陡峭 . 被发 育 植 由 于 岩体 受 到 隧 道 中 爆 破 作 业 所 产 生 冲 击 波 的 扰 动 后 ,所 发 隧道 围岩 主要 是 上 侏 罗 统 熔 结 凝 灰 岩 , 石 致 密 坚 硬 , 岩 完 掉 岩 整 性 好 . 块 状 镶 嵌 结 构 ~大块 砌 体 结 构 . 部 有 少 量 结 构 面 生 的 片邦 、 快 主要 集 中在 隧 道 两 侧 壁 上 ; 块 多 呈 厚 度 相 差 呈 局 饼 成 霏 一 或贯 通 性 微 张 节 理 . 化 程 度 低 , 下 水 贫 乏 . 发 育 。 自施 工 不 多 的 片 状 、 状 , 分 也 以熔 解 凝 灰 岩 、 细斑 岩 为 主 , 般 风 地 不 面 积 为 02 m ̄ . m. 体 的破 坏 形 式 以剪 切 破 坏 为 主 , 类 . 5 03 0 岩 这 以来 .先 后在 隧道 七 个 区段 的拱 顶 和 边 墙 发 生 了 9 3次 岩 爆 。 根 据 现场 资料 分析 .这 些 岩爆 与 下 列 5个 方 面 的 工 程 地 质 特 岩爆 对 于 隧道 施 工 人 员 和 设 备 有 一 定 的威 胁 。 1 . 公 路 隧 道 中 发生 岩 爆 的岩 体 主 要 的 工 程 地 质 特征 4该 关 系密 切 : 该 公 路 隧 道 的 岩爆 主 要 发 生 在 干 燥 无 水 的 、结 构 面 发 育 1 岩爆 发 生 的 频数 与距 隧道 掌 子 面不 同距 离 的区 间关 系 . 1 适 中的、 具有 较高 弹性 模 量 的熔 结 凝 灰 岩 所 构 成 的 岩体 中 。岩 隧 道 岩 爆 发 生 的频 数 与 隧道 围 岩 开 挖 的掌 子 面 距 离 关 系 其 约 m 6 密切 该 公 路 隧 道 岩 爆 发 生有 很 强 的规 律 性 . 岩爆 发 生 最 高 频 爆 发 生 最 多 的 岩体 . 结 构 面 的发 育 密 度 适 中 . 为 4条 , ~ m 数 的高 峰 区出 现 在距 离 掌 子 面 6 ~ 5 区间 ( 1 ~ 倍 隧 道 条 / 太 多 或 太 少 均 不 易 发 生 岩爆 m 1m 即 / 1 2 岩 爆 的过 程 . 是 在 岩 体 中能 量 聚集 释 放 过 程 。隧 道 开 就 洞径 区间 隧 道 的拱 角及 两侧 壁上 .迄 今 为 止 共 发 生 岩 爆 6 0 挖 后 . 岩 的能 量 平 衡 系统 被 打 破 . 量 开 始 在 围 岩 中重 新 分 同 能 次 . 已 经 发 生 岩 爆 总 数 的 6 .%. 外 有 2 %出 现 在 掌 = 占 45 另 1 产面 这 结 岩 上 及 大 于 1 洞 径 以外 的 隧道 中 随着 距 离 的增 加 . 爆 次 数 配 聚 集 . 时 岩 体 完 整 性 越 好 , 构 面 越 少 , 石 弹 性 模 量 越 倍 岩 强 罔岩 的初 始 应 力 越 大 , 集 在 岩 体 中 的 能 量 就 聚 显 著 减 少 .仅 有 极 少 数 岩 爆 发 生 部 位 距 掌 子 面 的 距 离 大 于 大 、 度 越 高 , 越 多 : 岩 爆 的形 成 , 需 要 有 足 够 的 能量 去 扩 展 岩 体 中 的微 而 则 4 0m 。 裂隙 , 成节理 面 . 形 并将 岩 块 抛 射 出 去 , 时 岩 体 中 的 结 构 面 这 1 . 道 巾发 生 的 岩 爆 频 数 与 隧 道 掌 子 面 开 挖 暴 露 时 间 2隧 越多 . 岩爆 所 需 的能 量 就 越 少 , 岩爆 就 越 容 易 发 生 。因此 , 只有 的长 短 的 关 系
浅析隧道岩爆特征与防治措施

1岩爆的定义针对埋深相对偏大的隧道工程,在脆性岩体以及高应力下,考虑到施工爆破对于原岩的扰动,岩体受到了破坏,就会让掌子面附近岩体释放出潜能,这个时候,围岩的表面就会有爆裂声出现,随之,就会有大小不等的片状岩块被剥落,这就是岩爆。
有时候,岩爆出现相对频繁,但是有时候在持续一定时间之后,又会小时。
岩爆不但会影响施工进度,同时还会威胁施工设备以及作业人员安全,直接增加工程造价。
2岩爆的特征隧道埋深较大,区域应力场较高,隧道可能发生岩爆。
岩爆发生的时间多在爆破后2小时至3小时之内,位置多为拱腰和拱顶部位,岩爆时,石块由母岩弹出,常呈中间厚、周边薄、不规则的片状。
将岩爆分为四个级别,分别为:轻微岩爆(Ⅰ)、中等岩爆(Ⅱ)、强烈岩爆(Ⅲ)、剧烈岩爆(Ⅳ)各级岩爆特征见表1。
3奔中山一号隧道岩爆的总体施工方案加强超前地质预报,对岩爆出现的可能性与等级进行预测,以便施工时提前采取相关措施防范。
加强光面爆破(控制开挖周边眼间距,提高残眼保存率,降低石质应力集中几率),提高光面爆破效果,降低瞬发性的岩爆。
加强初期支护,延缓岩爆应变释放的强度和频率。
采用喷雾和高压水进行冲洗岩壁,进一步释放岩爆应变能量(对轻、中、重度岩爆均适用)。
岩爆段工程措施主要为:弱岩爆采用喷砼、钢筋网及砂浆锚杆加强支护;中等岩爆采用喷钢纤维砼、钢筋网及涨壳式中空注浆锚杆加强支护;强烈岩爆采用喷钢纤维砼、钢筋网、涨壳式中空注浆锚杆、超前锚杆及拱墙格栅钢架加强支护,并施作超前应力孔;岩爆段同时辅以加深炮眼、掌子面洒水、高压注水等措施进行综合整治。
4岩爆的预测关于对岩爆强度进行预判,目前国内尚无统一标准,暂按下表进行岩爆强度预判。
(表2)①地形地貌分析法及地质分析法。
针对这一段地形地貌进行认真检查,这样就可以对地形有总体的认识。
在高山峡谷区域,谷地属于应力高度集中的区域,另外,通过地质报告,就可以将应力集中以及盈利偏大的区域确定。
按照地质相关的理论,在地壳运动的活动区域,其本身的地应力偏高,在地区上升剧烈,并且河谷深切,存在较强剥蚀的区域,其本身的自重应力较大。
岩爆常识与分级标准

一般岩爆的预防及处理(1)岩爆产生条件①近代构造活动山体内地应力较高,岩体内储存着很大的应变能;②围岩新鲜完整,裂隙极少或仅有隐裂隙,属坚硬脆性介质,能够储存能量,而其变形特性属于脆性破坏类型,应力解除后,回弹变形很小;③具有足够的上覆岩体厚度,一般均远离沟谷切割的卸荷裂隙带,埋藏深度多大于200m;④无地下水,岩体干燥;⑤开挖断面形状不规则,造成局部应力集中。
⑥在溶孔较多的岩层里,则一般不会发生岩爆。
(2)岩爆的特点隧洞内的岩爆一般具有以下特点:①在未发生前,并无明显的征兆,虽经过仔细寻找,并无空响声,一般认为不会掉落石块的地方,也会突然发生岩石爆裂声响,石块有时应声而下,有时暂不坠下。
②岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近,个别的也有距新开挖工作面较远,常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多;岩爆在开挖后陆续出现,多在爆破后的2~3小时,24小时内最为明显,延续时间一般1~2个月,有的延长1年以上,事前一般无明显预兆。
③岩爆时围岩破坏的规模,小者几厘米厚,大者可多达几十吨重。
石块由母岩弹出,小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落,脱落面多与岩壁平行。
④岩爆围岩的破坏过程,一般新鲜坚硬岩体均先产生声响,伴随片状剥落的裂隙出现,裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出,属于表部岩爆;在强度较低的岩体,则在离隧洞掌子面以里一定距离产生,造成向洞内临空面冲击力量最大,这种岩爆属于深部冲击型。
(3)岩爆的现场预测预报①地形地貌分析法及地质分析法认真查看其地形地貌,对该区的地形情况有一个总体的认识,在高山峡谷地区,谷地为应力高度集中区,另外根据地质报告资料初步确定辅助洞施工期间可能遇到的地应力集中和地应力偏大的地段。
依据地质理论,在地壳运动的活动区有较高的地应力,在地区上升剧烈,河谷深切,剥蚀作用很强的地区,自重应力也较大。
②AE法(声发射法)AE法主要利用岩石临近破坏前有声发射现象这一结果,通过声波探测器对岩石内部的情况进行检测,该方法的基本参量是能率E和大事件数频度N,它们在一定程度上反映出岩体内部的破裂程度和应力增长速度。
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二郎山隧道岩爆特征与治理措施
1、岩爆特征
高地应力区的一个显著地质特征是岩芯饼裂现象,饼越薄地应力值越大。
(1)岩爆发生在石英砂岩、粉砂岩、砂岩、部分砂质泥岩及泥岩与灰岩、粉砂岩、砂岩夹层中的硬质岩层中,围岩类别属IV、V 类。
(2)岩爆多发生在掌子面及1~3倍洞径范围,距齐头20m左右最为强烈,也有滞后200m的;发生时间与距离是对应的,一般是在2~8小时内,也有滞后1~2天的,有些段落滞后1~2个月或几个月后发生。
刚遇到岩爆时的表现是岩体内有声响,但无石块爆落,随着掘进深度的增加地应力值的加大则出现了明显的岩石撕裂声与岩片爆落,有的还有弹射,形成深
1~2m深的三角形爆坑。
(3)岩爆声响既发生在掌子面也发生在岩体内部,轻微岩爆的声响较为清脆,可听啪、啪""嘎、嘎"的声响,强烈岩爆段所发出的声响较为沉闷,像"澎、澎"的声音并夹有"啪、啪"的声响.
(4)岩爆破坏形式为劈裂破坏与剪切破坏两种,破坏程度上总体属爆裂脱落型,即一级岩爆,仅为数不长的地段出现了弹射现象,属二级岩爆,并有随时间延续向深部发展的特征。
隧道周边均有岩爆活动,但拱部和两侧边墙部位相对居多,其次为拱肩部位,这与岩体应力状况有关。
(5)岩爆爆坑大多数呈"锅底"形,坑边沿多为阶梯形。
强烈岩爆段爆坑多为"V"形。
破裂面以新鲜破裂为主,少数沿原有裂隙面。
爆落岩块多呈不规则的棱块状,也有呈中厚边薄的椭圆状。
(6)断裂带两侧或软弱结构面附近往往形成局部应力集中区,故两侧硬岩中岩爆现象较为明显,而断层带部位一般不发生岩爆。
在不同岩性软硬相间的岩层中,硬质岩易发生岩爆。
(7)岩爆区段一般较为干燥,有地下水出露的地方无岩爆产生。
(8)开挖洞室(正洞、平导)大小及相邻洞室(正洞与平导相距42.5m、平导滞后主洞)施工对岩爆的产生似无明显影响。
(9)岩爆的剧烈程度与洞室埋深基本对应,但也有非对应的,相对严重地段距洞口距离为1700m、1960m(东口)、1290m(西口),相对应埋深为710m、775m(最大埋深)、425m。
(10)较严重岩爆段在第一次开挖喷锚支护稳定后经过两年后处理大规模欠挖(测量误差造成)时仍有岩爆发生(爆破后岩石完整但不久就有裂缝形成、掉块),但其强度已大为减弱。
在设计阶段曾预测软质岩类及断层破碎带在高地应力作用下可能发生大变形现象,但在施工中这些段落并未发生大变形现象,分析其原因一是地应力水平较勘测阶段降低,二是断层破碎带处岩层胶结紧密,强度较高,软质岩类象泥岩和砂质泥岩由于时代古老,成岩变质程度较高,岩石的物理力学性质远非一般泥质岩类可比。
2. 二郎山隧道岩爆治理措施
由于二郎山隧道实际最大地应力值在35.3MPa左右,比勘测阶段降低较多,故二郎山隧道岩爆现象并不是很严重(绝大多数为I级岩爆),在施工中主要采取了以下工程措施。
(1)在岩爆开始段(I级)采用全断面开挖,随着岩爆程度的增强以及为了加快施工进度改全断面为大上半断面开挖(底平面基本与隧道圆心齐平),按"工序"要求及时进行喷、锚、网施工。
(2)爆破进尺约2m/循环,对于一级岩爆段其工序为爆破后送风、喷水、找顶后即组织出渣、喷锚作业,对于二级岩爆段爆破后不马上出渣先利用通风时间躲避待岩爆减弱后喷水、找顶、从安全地带喷混凝土至齐头、打设系统锚杆、再复喷,最后出渣,必要时采取先打设超前锚杆并向岩体中注高压水。
对渣堆、洞壁、掌子面及时喷水与找顶对于一、二级岩爆是非常重要与有效的。
在施工初期为了加快进度曾按2.7~2.8m左右打爆破钻孔,但由于岩石坚硬爆破进尺仅为1.7~1.8m。
增大进尺,既增大了装药量,也不利于应力的释放,且更易诱发岩爆,后减小了钻孔深度按照每循环2m 左右进尺开挖,这表明在岩爆段开挖应采用"短进尺"。
(3)采用简易台架,人工多钻、多层次作业,机动灵活,"石变我变",有利于紧急情况人员撤离,减少损失,在两端隧道施工中都发生过将台架砸垮的情况,但均无人员伤亡。
针对此工点承包商(铁道部隧道局三处)以IV类围岩为例测算认为采用简易台架人工打钻比采用三臂凿岩台车开
挖节省,每延米钻孔要少31.7%的费用,当然它的进尺要比台车每月少28.5m左右。
(4)在施工中及时调整钻爆设计,提高光爆效果,改善洞壁应力条件,减少装药量,降低爆破动应力场的叠加,降低岩爆频率与强度。
(5)采用喷混凝土、挂网、径向锚杆防护,严重地段架设格栅拱架。
锚杆布置采用"短锚密布",长两米左右,间距0.5~1m,这样容易挂网,可防止大块岩石坠落。
在西洞口为加快开挖进度采用了在径向锚杆端头间紧贴岩面加焊粗钢筋(Ф22),并辅以细钢筋(Ф10)相互纵横交错成网状,来抵制岩石的爆落,即以粗钢筋为骨架紧贴岩面同锚杆焊接再加密细钢筋形成"整体网",东洞口采用长钢筋在同一循环相互之间与锚杆纵横连接的整体网,由于本循环的钢筋网是连成一体的,不会因局部掉落而跌落,与锚杆连接好,即喷锚网施工形成了整体组合作用,效果还不错。
(6)通过观察(一听响声,二看位置,三看方向)找出岩爆发生的前兆,逐步积累经验,开展岩爆预报,减少岩爆产生的危害。
如在施工中根据有无地下水、地应力方向(岩爆多发生在主应力方向上)、岩体稳定性、岩石软硬、岩性及地质构造进行初判,通过对岩石裂缝的发展、岩体内的声音、暴露时间的长短判别是否会落石伤人。
对严重地段通过对壁面的敲击,若发现"空、空"的声音,则要及时采取加强措施,若响声不对如岩层内发出沉闷的声响时施工人员及设备要及时撤离
(7)由于岩爆的发生有一定的滞后期或随着时间的延续而发生的岩层剥离,因此把"找顶"作为经常性的工作来做。
(8)原设计在严重岩爆地段均加设了仰拱,实际上除局部岩爆严重且造成大片超挖地段加设了仰拱外,其余均取消了原设计中的仰拱。
在施工中由于抢进度,出现了喷混凝土厚度仅2~3cm,钢筋网未认真铺挂,系统锚杆打设方向没针对性、浆液不饱满、端头未加垫板,格栅支撑架立后不及时喷混凝土,光爆效果差等现象,因此造成了岩爆防治效果不好。
有些段落往往先是小石块(片)爆落,随着应力的进一步释放,由于支护不及时,而后是大石块掉落,出现严重超挖;有的地段出现了滞后性岩爆。
但只要喷层厚度够、锚杆、挂网质量好,一般情况下不会再出现岩爆,二次衬砌施工后则不会再有岩爆发生。
在岩爆发生初期,在西洞口曾经试喷了钢纤维混凝土,但由于施工经验不足,经常堵管而未能得以推广应用。
二郎山隧道在刚进入高地应力区段时曾发生了伤人事故,后在掌握一定规律后基本上没有人员受伤,而且高应力区段的隧道掘进速度除在特别坚硬的石英砂岩段较慢外其余地段与非高地应力段相差不大。
3. 结语
二郎山隧道在设计、施工、科研、监理及业主等各参建单位的大力配合与紧密合作下顺利通过了高地应力区段,取得了一些经验,但现有的预测和防治工作与生产实际还有一定差距,因此还需作进一步的研究,积累
经验,以期从被动受灾到定性、定量的预防灾害的发生,制定出了一套较为科学、实用的采用钻爆法施工的岩爆灾害治理措施。